Tesis / 0030 / I.AG. by MAOSABO

ENFOQUE TEÓRICO DE LA TRANSFORMACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS DE LA AGROINDUSTRIA AZUCARERA MEDIANTE COMPOSTAJE Monografía Daniel Santiago Rosales Mendoza

2016

ENFOQUE TEÓRICO DE LA TRANSFORMACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS DE LA AGROINDUSTRIA AZUCARERA MEDIANTE COMPOSTAJE

Daniel Santiago Rosales Mendoza

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL CURSO DE PROFUNDIZACIÓN EN GESTIÓN AMBIENTAL BOGOTÁ D.C. 2.016

ENFOQUE TEÓRICO DE LA TRANSFORMACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS DE LA AGROINDUSTRIA AZUCARERA MEDIANTE COMPOSTAJE

Daniel Santiago Rosales Mendoza Estudiante del Programa de Ingeniería Agroindustrial Dan.rosales.mendoza90@hotmail.com Directora: Olga Marín M. MSc.

Modalidad: Curso De Profundización en Gestión Ambiental Monografía para obtener el título de INGENIERO AGROINDUSTRIAL

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL CURSO DE PROFUNDIZACIÓN EN GESTIÓN AMBIENTAL BOGOTÁ D.C. 2.016

Nota de Aceptaciรณn

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________________________________________ Presidente Del Jurado

________________________________________ Jurado

Fecha: 01 de Noviembre, 2016

A mi madre, a mi hermana. Musas por las que las tradiciones de honor, entrega, Amor, y empeño, están enraizados en el templo de nuestro hogar. A Gerardo Lemos, Quien me enseñó a bailar en medio de las tormentas, En vez de sentarme a esperar a que éstas pasen. Seguimos en la lucha, Seguimos caminando fuerte, Seguimos con la frente en alto. A CAMO. Tu luz nunca va morir, Por lo oscuro del cielo, Con dolor en nuestros pasos Tratar de dar un paso más. Vamos, Con toda.

AGRADECIMIENTOS

Javier Gómez y Erika Díaz, la voz de su aliento y compañía se compara con mi compromiso para estar a su lado. Gracias por tomar su tiempo para darle justificación al mío. A la grandiosa Olga Marín, gracias por cada momento invertido. La sed de la búsqueda por el conocimiento jamás se extinguirá en apasionadas labores como la que haces día a día. Llevare con orgullo el conocerte y haber tenido la oportunidad de escuchar tu consejo. Al programa de Ingeniería Agroindustrial, su dirección, maestros y compañeros. A todos ustedes debo el orgullo de una labor tan pura y noble como la que desarrollamos y llevaremos a cada rincón que lo necesite. En nuestras manos yace la transformación de la belleza natural, en majestuosos resultados en pro del desarrollo humano, y la responsabilidad y compromiso con el medio en el cual vivimos.

TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ...............................................................................................1 2. PROBLEMA A SOLUCIONAR ......................................................................... 5 2.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ......................................................................... 6 2.2 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................. 6 3. OBJETIVOS ........................................................................................................ 8 3.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 8 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 8 4. MARCO DE REFERENCIA .............................................................................. 9 5. DESARROLLO .................................................................................................. 18 5.1. NIVEL DE PRODUCCIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN LA AGROINDUSTRIA AZUCARERA.........................................................................................18 5.1.1. Molienda .....................................................................................................................19 5.1.2. Calentamiento Y Encalado ..........................................................................................21 5.1.3. Clarificación ................................................................................................................22 5.1.4. Filtración.....................................................................................................................23 5.1.5. Evaporación ................................................................................................................24 5.1.6. Cristalización y centrifugación. Producto final ...............................................................26 5.2 TÉCNICAS DE LOS PROCESOS DE COMPOSTAJE .........................................29 5.2.2. Parámetros Del Compostaje .........................................................................................36 5.2.2.1. Preparación De La Pila....................................................................................36 5.2.3. Estructuración (Crecimiento de microorganismos) ..........................................................41 5.2.4. Descomposición ............................................................................................................42 5.2.5. Secado natural. ............................................................................................................44 5.2.6. Maduración. Estabilización. Parámetros de calidad ......................................................44 5.2.7. Empacado ...................................................................................................................48 5.3. MEJORAS PARA EL CONTROL DE CALIDAD EN EL MANEJO Y TRANSFORMACIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS DE LA AGROINDUSTRIA AZUCARERA CON EL EMPLEO DE COMPOSTAJE. ...........................................................................................................49 5.3.1. Estrategias para cada etapa de elaboración de compost ...................................................49 5.3.2. Acondicionamiento De Materias Primas .......................................................................51 5.3.3. Alimentación pila y sistema de volteo ............................................................................52 5.3.4 Adición de vinaza .........................................................................................................54 5.3.5. Monitoreo y análisis de datos ........................................................................................54 5.3.6. Planes de acción ...........................................................................................................57 5.3.7. Maduración, Estabilización, Higienización ..................................................................62 6. CONSIDERACION TEÓRICA FINAL .......................................................... 65

7. CONCLUSIONES ............................................................................................ 69 8. RECOMENDACIONES................................................................................... 72 9. REFERENCIAS ................................................................................................ 73

LISTA DE GRÁFICAS Gráfico No. Gráfico No. Gráfico No. Gráfico No.

1 Proceso de obtención de Azúcar y Subproductos ..................................................18 2 Proceso de Elaboración de Azúcar. ..........................................................................28 3 Proceso de elaboración de compostaje estándar ....................................................29 4 Fases ocurridas durante la elaboración del compostaje .........................................33

LISTA DE FIGURAS Figura No. 1 Molino ................................................................................................................20 Figura No. 2 Secadora rotatoria .............................................................................................21 Figura No. 3 Clarificador ........................................................................................................22 Figura No. 4 Filtro de tambor giratorio con descarga por cuchilla...................................23 Figura No. 5 Evaporador ........................................................................................................25 Figura No. 6 Tacho .................................................................................................................26 Figura No. 7 Centrifugadora ..................................................................................................27 Figura No. 8 Composteras ingenio Providencia. Fotografía.2015 ....................................31 Figura No. 9. Rangos de temperatura de bacterias mesofílicas y termofílicas. ...............31 Figura No. 10 Esquema de Pila aireada pasivamente ..........................................................36 Figura No. 11 Esquema de Pila estática con aireación pasiva ............................................37 Figura No. 12 Esquema de Pila estática con aireación forzada ........................................38 Figura No. 13 Silo. Sistema Cerrado de Compostaje ..........................................................38 Figura No. 14 Esquema de Silo. Sistema Cerrado de Compostaje ..................................39 Figura No. 15 Cajón. Sistema Cerrado de Compostaje ......................................................40 Figura No. 16 Volteador por medio de Tractor ..................................................................40 Figura No. 17 Sistema Cerrado dinámico de Cilindro rotativo. ........................................41 Figura No. 18 Muestra de Vinaza ..........................................................................................43 Figura No. 19 Empacado tradicional de compost ...............................................................48 Figura No. 20 Fórmula Estructural de la Alicina ................................................................51 Figura No. 21 Fórmula Estructural de la Quercitina ..........................................................52 Figura No. 22 Infaestuctura de Pilas de Abono a nivel industrial .....................................53 Figura No. 23. Rhodopseudomonas palustris (Molisch 1907). Fotografía Digital ..................63 Figura No. 24 Saccharomyces cerevisiae. Fotografía Digital .....................................................64

LISTA DE TABLAS Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No. Tabla No.

1 Capacidad de Producción de plantas de compostaje. Sector Azucarero ...13 2 Variación [%] del PIB por Ramas de Actividad ...........................................14 3 Fases ocurridas durante la elaboración del compostaje ...............................34 4 Organismos Comúnmente asociados con el proceso de compost.............35 5 Parámetros de Control respecto a cada fase de compostaje .......................35 6 Guía para determinar el tamaño de las Pilas .................................................42 7 Caracterización química de la Cachaza. .........................................................45 8 Parámetros guía para evaluar calidades de compost en USA ......................46 9 Requisitos de Calidad para Comercialización del compost en Colombia .47 10 Estrategias para cada etapa de elaboración de Compost ...........................50 11 Planilla de Control para proceso de compostaje .........................................56 12 Estándar de Control para control de Aireación ..........................................58 13 Estándar de Control para control de Humedad ........................................58 14 Estándar de Control para control de pH ....................................................59 15 Estándar de Control para control de la Relación de C:N ..........................59 16 Estándar de Control para control del Tamaño de Partícula ......................60 17 Estándar de Control para control de Temperatura ....................................61

RESUMEN Durante la presentación de este escrito se tratan los alcances del aprovechamiento y eficiencia de los ingenios azucareros colombianos. Estimando cada uno de los factores que en éste proceso intervienen, sus interfaces y –con objetivo principal- los subproductos que allí se generen. Como respuesta al control de impactos ambientales y la búsqueda de nuevas formas de aprovechamiento de materias primas y sus subproductos surge la pregunta fundamentada en ¿Cuáles serían las herramientas y procedimientos realizados, para obtener un eficaz aprovechamiento de residuos orgánicos a través de sistemas de compostaje en la Agroindustria azucarera en Colombia? Mediante la descripción de procedimientos estandarizados de los ingenios filiales a grupos como Cenicaña, Azocaña, Tecnicaña y los radicados en la zona del Valle del Cauca principalmente, se considera el mapa de procesos y su conceptualización, teniendo en cuenta las entradas y salidas de cada subproceso y la evidencia notoria del papel que juegan los subproductos del ingenio. El enfoque en estos subproductos y cuál de ellos genera mayor valor agregado, es la base para proponer el modelo de elaboración de compostaje con estos elementos sobrantes de la caña de azúcar. Sobre este modelo base, se genera un plan de mejora para cada eslabón en el diseño de un sistema de compostaje sostenible, eficiente y de gran resultado como sustituto de las adiciones quimias en el proceso de Fertirriego de los ingenios azucareros colombianos.

En conclusión encontramos a la cachaza – a diferencia del bagazo y la vinaza- como el compuesto candidato que más aporte nutricional puede devolverle al suelo, después de extraído de la planta. Por su alta concentración en Materia Orgánica [Nitrógeno, Fósforo, Potasio, Calcio, Magnesio] lo hace candidato perfecto para un proceso de compostaje que requiere cada vez más de un modelo mejor estructurado y con unas necesidades de aplicación industrial. PALABRAS CLAVES. Ingenio Azucarero, Cachaza, Caña de Azúcar, Transformación, Subproductos.

ABSTRACT During the presentation of this Document the reach of use and efficiency of Colombian sugar mills were treated. Considering each of the factors involved in this process, its interfaces and the by-products generated there with primarily objective. In response to control environmental impacts and finding new ways of utilization of raw materials and byproducts a question arises based on What would be the tools and procedures performed, to obtain a good use of organic waste through composting systems in in Colombian Sugar Agribusiness? By describing standardized of sugar mills subsidiaries to groups like Cenicaña, Azocaña, Tecnicaña, and those located in the Valle del Cauca mainly is considered the process map and its conceptualization procedures, taking into consideration the inputs and outputs of each thread and notorious evidence of the role of Sugar mills byproducts . The focus on

these products and which one generates more added values is the basis for proposing the model of development of composting with these excess elements Sugar Cane. Based on this model, I generated an improvement plan for each link in the design of a sustainable, efficient composting and great result as a substitute for quimias additions in the process of fertigation of Colombian sugar mills. In conclusion we find cachaรงa - unlike the bagasse and vinaza- as the candidate compound more nutritional intake can return to the ground, after extracted from the plant. For its high concentration of organic matter [Nitrogen, Phosphorus, Potassium, Calcium, Magnesium] makes it perfect candidate for a composting process that requires increasingly better structured model and with requirements of industrial application. KEYWORDS. Sugar mill, Cachaรงa, Sugar cane, Transformation, Byproducts.

1. INTRODUCCIÓN Los residuos sólidos han ocasionado impactos ambientales fuertes por su mala disposición y porque van en paralelo con el incremento del desarrollo industrial y agrícola. En Colombia, la práctica del proceso de compostaje ha avanzado como solución a los vacíos de los subproducto que no tenían una adecuada utilización y si un observable potencial de aprovechamiento. En un proceso que merece atención, con todos los sectores con miras a un desarrollo sostenible, y de mejorar la eficiencia de procesos desde la preparación de materias primas; desde el amplio sector floricultor en la sabana de Bogotá, la industria de palma en los llanos orientales, el cafetero en las zonas medias del país, las maderables en Casanare y putumayo, sobresale la que se ubica en el valle geográfico del río Cauca donde se procesan los residuos de las industrias azucarera y del alcohol carburante en seis plantas ubicadas en los departamentos de Risaralda y Cauca. (Jaramillo & Zapata, 2008) Es ahí donde las plantas de procesamiento de residuos de la caña de azúcar son las de mayor tamaño y capacidad de producción en Colombia, con una producción que supera las 24,000 toneladas de compost mensuales (Asocaña, Reporte de Sostenibilidad. Del Sector Azucarero Colombiano 2015-2016, 2016), el cual es utilizado principalmente para abonar los mismos cultivos del ingenio que los procesó, aunque ya se está formando un mercado para proveerlo a otros cultivadores interesados en aprovechar los beneficios del compost, que aún no cuentan con la tecnología y las instalaciones para procesar sus residuos. 1

Sin embargo, la intención de los productores colombianos es firme, habiendo constituido ya la Asociación Nacional de Compostajes Industriales, con el objetivo de llevar el producto al ámbito internacional y alcanzar los estándares europeos de producción, que actualmente son los más avanzados en el tema buscando solución al éste problema del negativo impacto ambiental (Sánchez Ruiz, 2013). Desde el 2009, cada año se celebra en Bogotá el Congreso Nacional e Internacional de Compostajes Industriales que tiene como directriz la de reunir a los principales productores para poder generar un llamado claro al intercambio de conocimientos y experiencias, para conducir el proceso de producción y explotación de materias primas a un nivel de competencia mundial por calidad y por ejemplo de mitigación del impacto ambiental (Revista Juventud Técnica, 2015). En ésta búsqueda, han surgido notables avances en áreas de la biotecnología, los biocombustibles, los aprovechamientos de extracciones para industria cosmética, fibras aglomeradas sustitutas de madera y el papel, y evidentemente el compostaje de subproductos agroindustriales. Dicha técnica –que es una de las más usadas en Colombia para el aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos-, radica en la descomposición de residuos orgánicos por la acción microbiana, cambiando la estructura molecular de los mismos. De acuerdo al tiempo de degradación, se da el grado de madurez al realizar biotransformación o degradación parcial (descomposición de un compuesto orgánico en otro similar) y mineralización o degradación completa, cuando todas las moléculas de dióxido de carbono se descomponen en su totalidad (Basana, et. al., 2009).

La agroindustria azucarera, de gran relevancia para el desarrollo de la economía, genera gran cantidad de residuos que suelen reutilizarse como enmienda agrícola; de este modo y debido a que no existe mejor alternativa que la utilización de todos los residuos orgánicos disponibles, estos pueden ser aprovechados para disminuir el proceso de degradación del suelo que se manifiesta en muchos casos a través de problemas de compactación, sellado superficial, salinización y erosión, pero no van más allá. (Larrahondo, 1995) Sin embargo, es importante tener presente que los residuos industriales pueden contener cierta cantidad de substratos no degradados y metabolitos intermedios originados durante el procesado. Que no pueden ser incorporados directamente sobre el suelo ya que generaría daños a las plantas debido a que al inicio del proceso de descomposición se liberan Fitotoxinas, aumenta la temperatura, disminuye la concentración de oxígeno y la biodisponibilidad del nitrógeno; por este motivo el reciclaje de los residuos de la agroindustria azucarera toma papel protagónico en el aprovechamiento (Jaramillo H. & Zapata M., 2008). Actualmente en varios países productores existe una importante diversificación de los aprovechamientos tanto de la propia caña como de los residuales y subproductos que se generan en su procesamiento. Tal como la Cachaza que es un residuo esponjoso, amorfo, de color oscuro a negro, que absorbe grandes cantidades de agua. Es el principal residuo de la industria del azúcar de caña que puede generar de un 5% a un 17% (Bohórquez P., 2013),

dependiendo De las

características agroecológicas de la zona, con el cultivo cosechado, eficiencia de fábrica y método de clarificación empleado, entre otros factores. La cachaza se produce durante la 3

clarificación que se hace al jugo de caña; se recoge a la salida de los filtros al vacío, presentando aproximadamente un 25 % de materia seca. Otros compuestos no azúcares son incluidos en esos precipitados (tierra, cera, sustancias albuminoides, calcio, fósforo y nitrógeno) (Castillo L., 2004).

2. PROBLEMA A SOLUCIONAR El aumento en la generación de residuos sólidos orgánicos de índole industrial y urbano, asociado al crecimiento poblacional y la globalización que genera cultura de desarrollo sin control, ha llevado a la aplicación de tecnologías apropiadas para la disposición final de residuos sólidos que permitan un control racional de los impactos ambientales producidos por los residuos, sin que se ponga en alto riesgo el medio ambiente y la salud pública. Los primeros pasos fueron las bases fundamentales desde las perspectivas legislativas, investigativas y de desarrollo tecnificado; pero la desinformación y el abandono al tema de Gestión Integral de Residuos Sólidos [GIRS] provoca que el desarrollo industrial y desarrollo de nuevos procesos investigativos se vea limitado (Salamanca L., 2012). La intención es Realizar una descripción detallada de los avances en el sector con mayor desarrollo agroindustrial en el país, con en base esto dar pauta a propuestas concretas globales para impulsar el desarrollo del aprovechamiento de residuos orgánicos a través de sistemas de compostaje. La presente monografía compila el efecto del aprovechamiento de subproductos en el Ingenio azucarero colombiano, el estado industrial del proceso; y posteriormente exponer el estado actual en los sistemas de calidad y de mejoramiento, en pro del desarrollo sostenible, y mitigación de impactos ambientales industriales. El desarrollo de este escrito tiene como prioridad la descripción de un proceso que necesitamos sea estandarizado; y tiene grandes avances de los cuales se no se dispone de la suficiente documentación detallada o –en este

caso- compilada; como fuente de inspiración para la investigación, la empresa, y la industria responsable.

2.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: ¿Cuáles son las Herramientas y procedimientos apropiados, para obtener un buen aprovechamiento de residuos orgánicos a través de sistemas de compostaje en la Agroindustria Azucarera en Colombia, como respuesta al control de impactos ambientales y la búsqueda de nuevas formas de aprovechamiento?

2.2 JUSTIFICACIÓN Del tonelaje total que genera como subproducto la industria de ingenio azucarero en el raíz, cerca del 50% está constituida por residuos orgánicos (Orlando F., 1991), y con eso se encuentra una latente oportunidad para desarrolla un tratamiento adecuado de los residuos sólidos orgánicos y crear una alternativa de producción con bajos costes de inversión y grandes disminuciones en los elevados costos de los fertilizantes químicos que en los últimos años se vuelven gastos constantes, o en aumento por el desgaste al que se someten los suelos. Con este objetivo, se debe hacer un trabajo detallado que permita encontrar la forma más adecuada de llevar a cabo este desarrollo, llevando al desarrollo de tecnologías como es el caso del compostaje de residuos orgánicos de la Agroindustria azucarera y así tener otra

alternativa de uso de fertilizante orgánico mismos que también nos proporcionan mejoras en los suelos. De esta forma la presión ejercida sobre los medios de propagación de materias primas, será más estable, y no será tan agresivo. Este aprovechamiento conduce de manera directa a la disminución de impactos ambientales generados, en especial, en el componente de disposición final, lo cual es responsabilidad de la gestión ambiental. Las diferentes problemáticas que se desean atacar radican en:  La falta de consolidación y estandarización del proceso de compostaje a partir del aprovechamiento de los residuos del ingenio azucarero.  El problema de la sobreutilización en Fertirriego de químicos que terminan generando una huella en el suelo muy difícil de reponer, debido a la saturación del suelo, la demanda de materias primas, y la sobreexplotación de los terrenos.  La falta de propuestas sostenibles, y ambientalmente responsables para el desarrollo de la agroindustria, mediante el aprovechamiento de subproductos.

3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL Documentar el proceso de trasformación de residuos orgánicos de la Agroindustria azucarera con el empleo de compostaje

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Establecer el nivel de producción de residuos sólidos en la Agroindustria Azucarera. 

Describir las técnicas del proceso de compostaje de las materias primas provenientes de la Agroindustria azucarera.

 Proponer mejoras para el control de calidad en el manejo y transformación de los residuos sólidos orgánicos de la Agroindustria azucarera con el empleo de compostaje.

4. MARCO DE REFERENCIA El sector azucarero colombiano se encuentra ubicado en el valle geográfico del río Cauca, que abarca 33 municipios desde el norte del departamento del Cauca, la franja central del Valle del Cauca, hasta el sur del departamento de Risaralda. Históricamente el azúcar en Colombia ha sido considerado un bien estratégico para la economía nacional, esto ha conllevado a que el gobierno haya establecido políticas de protección al sector azucarero, con el fin de asegurar un mercado abastecido domésticamente a un precio razonable que beneficie a los productores de azúcar. (Castillo L., 2004)

En esta región hay 200.000 hectáreas sembradas en caña para azúcar, de las cuales, de acuerdo con información de Cenicaña, el 25% corresponde a tierras propias de los ingenios y el restante 75% a más de 1,600 cultivadores de caña. Dichos cultivadores abastecen a los 13 ingenios de la región (Cabaña, Carmelita, Castilla, Incauca, Manuelita, Pichichí, Providencia, Ríopaila, Tumaco, María Luisa, Mayagüez, Risaralda y Sancarlos). Desde 2005, cinco de los trece ingenios tienen destilerías anexas para la producción de alcohol carburante (Incauca, Manuelita, Providencia, Mayagüez y Risaralda). En Colombia, en el año 2008 se produjeron 2 millones de toneladas de azúcar a partir de 19 millones de toneladas de caña. De alcohol carburante se produjeron 260 millones de litros, destinados a la mezcla con gasolina en una proporción E10 (10% etanol, 90% gasolina), de acuerdo con el mandato de oxigenación establecido por el gobierno desde noviembre de 2005. En la actualidad el programa cubre el 75% del territorio nacional; en la medida en que se aumente la producción nacional de 9

alcohol carburante (entre 2009 y 2010) se llegará al resto del país. (Asocaña, Aspectos Generales Del Sector Azucarero 2012-2013, 2013)

El valor de la producción de azúcar y alcohol en 2008 fue de 1.100 millones de dólares (calculado con el promedio del dólar de ese año), de los cuales cerca de 200 millones de dólares provienen de las exportaciones de azúcar. El consumo nacional de azúcar en Colombia es de 1.5 millones de toneladas, destinado en un 65% al consumo directo en los hogares y un 35% a la fabricación de productos alimenticios y bebidas para consumo humano. En el año 2008 se exportaron 480 mil toneladas de azúcar, de las cuales el 75% se dirigió a Chile, Perú, Haití y Estados Unidos. El resto del azúcar se exportó hacia múltiples destinos alrededor del mundo. Dentro de la economía nacional, el sector aporta el 1% del PIB total, el 3% del PIB Industrial y el 4% del PIB Agrícola, mientras que, para la región, estas cifras corresponden a 6%, 12% y 47%, respectivamente. (Asocaña, 2015)

El sector genera cerca de 36.000 empleos directos y 216.000 indirectos. Si se tiene en cuenta la composición demográfica de las familias de la región (4 personas por núcleo familiar), se deduce que más de 1 millón de personas dependen de la actividad azucarera, algo así como el 30% de la población del departamento del Valle del Cauca y el 2.4% de la colombiana. La agroindustria azucarera, entre 1995 y 2008, ha invertido más de 130 millones de dólares en el área ambiental lo cual se refleja en menores niveles de contaminación por unidad de producción al año (Londoño L. & Asocaña, 2016) 10

Cualquier objeto, material, sustancia o elemento sólido resultante de una actividad humana en actividades domésticas, industriales, comerciales o de servicios se considera un residuo (Jaramillo G. & Zapata L., 2008), y a diferencia del desecho éste se puede destinar para aprovechamiento o transformación en un nuevo producto con un valor agregado de reutilización o de disposición final. En el transcurso del último siglo las naciones del mundo industrializado, sumado con los esfuerzos de las naciones de economía emergente han aumentado exponencialmente la producción de subproductos -aprovechables, y no aprovechables- sin conciencia de cuidado o aprovechamiento. Sobre los residuos aprovechables se tiene entendido que no tienen un alto costo de producción para quien los genera, y se pueden incorporar nuevamente a un proceso productivo de la misma naturaleza o con otro fin. (Ministerio de Desarrollo Económico Colombiano, 2002) La materia orgánica es el sustento nutricional y una de las estructuras elementales del suelo. Proveniente de la descomposición de tejidos animales, vegetales y de microrganismos, las cuales –en conjunto- conforman una base sólida con innumerable cantidad de productos aprovechables. (Román, et. al., 2013) Este material pasa por un proceso de descomposición transformándose de su estructura orgánica [Forma de ser vivo] a su forma inorgánica [Mineral, sea soluble o insoluble], formando un compuesto estructural del suelo y de rico aprovechamiento por las plantas. El compost pasa por el mismo proceso de descomposición, con la diferencia que el material 11

orgánico de procedencia tiene una composición de azucares complejos [Lignina, celulosa, hemicelulosa, almidones todos procedentes de residuos vegetales en general] y proteínas [Originados de residuos animales, o los tejidos mismos], principalmente (Román, et. al., 2013). Completado el desarrollo de los procesos dentro de la descomposición, todos los compuestos orgánicos se sujetan al suelo, comenzando la formación de cadenas complejas de carbono, con un alto grado de estabilidad y de lenta descomposición en un nuevo ciclo de absorción. Éste Humus contiene componentes complejos como en Ácido húmico, y el Ácido Fúlvico, el cual –en conjunto con los minerales naturales del suelo- son la mejor fuente nutricional para cada proceso de crecimiento vegetal y desarrollo sostenible de los suelos orgánicos (Salamanca S., 2012). A nivel general, en Colombia el compost obtenido de la explotación de materias primas es utilizado –en primera medida- para los mismos cultivos de las industrias de donde son generados, y aunque las practicas industriales e investigativas del compost han avanzado considerablemente no son lo suficientemente estructuradas o competitivas como se espera para dar abasto con la demanda de nuevas alternativas energéticas para utilización en cultivos, en combustibles, o subproductos industriales obtenidos de éstas materias primas. (Salamanca Libreros, 2012). Sobresalen como ejemplo el compost obtenido de la industria de flores a nivel Cundinamarca, la industria de palma en los llanos orientales, industria cafetera en el eje cafetero, industria de maderables y cortezas en el Putumayo y Casanare, y la industria azucarera en los departamentos de Valle del Cauca, Risaralda y Cauca, siendo la 12

última la más desarrollada a nivel industrial. Con una de las más grandes capacidades de producción y generación de subproductos su producción supera las 24.000 toneladas de compost Mensuales (Salamanca S., 2012). Tabla No. 1 Capacidad de Producción de las plantas de compostaje del sector Azucarero

De Acuerdo a Marvin Mendoza Martínez, Coordinador Económico de Asocaña, en el informe anual ASOCAÑA 2014-2015 (Londoño L. & Carvajal A., 2015) la economía colombiana creció en 4,6%, superando así superando la media latinoamericana de 1,2%, y el resultado de Brasil [0,7%], Chile [1,7%] y Perú [2,4%]. En lo que respecta al ámbito nacional de la producción azucarera el crecimiento registró un 12,8%, un número bastante prometedor si lo comparamos con el índice del sector construcción [9,9%], y lo apoyamos con el de la industria del bioetanol que creció un 4,8%, siendo un subsector de que resulta impulsor del crecimiento de la economía y la industria. Cabe agregar que dentro del desarrollo del sector agropecuario que frente al 2013 registra un gran descenso, el subsector Cafetero impulso un 10%, que en compañía del sector flores [7%] y el Azucarero fueron los subsectores que llevaron las riendas del desarrollo de este 13

sector para el país. Tabla No. 2 Variación [%] del PIB por Ramas de Actividad

Con un prominente imperio que surgía, muchas eran las interrogantes que con el tiempo se generaban, el potencial del uso de residuos era uno de ellos. No es de desconocer el reto que implica un manejo a una escala del volumen de producción de los ingenios y el costo que éste puede acarrear, tanto a nivel económico como ambiental (Larrahondo, 1995). Con una producción de 114,6 t/ha de Caña (Cenicaña, 2010), en una siembra aproximada de 223.905 ha de caña de azúcar (S. officinarum L.) la producción se destina mayormente en azúcar y alcohol carburante. Para dimensionar, tomemos el caso del ingenio Riopaila Castilla. Para el año 2010, por cada tonelada de tallos que ingresan al proceso de transformación agroindustrial, se generan 250 kg de bagazo, 30ks de cachaza, 6kg de ceniza y 45kg de melaza; además por cada litro de alcohol anhidro producido de la meladura se general 13L de vinaza (Bohórquez, et. al., 2014). Para este año la producción de bagazo fue 14

de alrededor 1’056.618 t, y 211.648 t de cachaza. La vinaza es el efluente resultante de la producción de alcohol, fundamentada en la fermentación y posterior destilación de la caña de azúcar; tiene como características principales su coloración marrón y una gran cantidad de solidos suspendidos [nitratos y fosfatos], olor a miel y sabor a malta. Este subproducto del proceso, presenta un pH bajo, una Demanda biológica de Oxigeno [DBO] y una Demanda química de Oxigeno [DQO] bastante alta. En base a caracterizaciones de diversos métodos como hidrolisis, de este producto se considera que es un residuo de negativo impacto sobre el ambiente, principalmente sobre el recurso hídrico, ya que disminuye la luminosidad del agua, la actividad fotosintética en los ecosistemas, aumentando la eutrofización del agua1, Potencializando a aumento de insectos y de enfermedades (Zuñiga Cerón & Gandini Ayerbe, 2013). Un resultado viable de trabajo de este producto será la obtención de su estructura sólida, como medio de cultivo de microorganismos, compactador en suelos. El Bagazo es otro de los principales subproductos de la caña de azúcar, rico en materia orgánica, calcio, fósforo, y nitrógeno; se origina a partir de la coagulación de los lodos formados por ceras, azucares pesados e hidrocarburos como resultantes de las impurezas en el proceso de obtención de un producto refinado (Bohórquez, et. al., 2014).

Eutrofización: Proceso natural y/o antropogénico que consiste en el enriquecimiento de las aguas con nutrientes, a un ritmo tal que no puede ser compensado por la mineralización total, de manera que la descomposición del exceso de materia orgánica produce una disminución del oxígeno en las aguas profundas. Ryding, S y Rast, W. (Eds.), 1992. El control de la eutrofización en lagos y pantanos. Ediciones Pirámide, Madrid y UNESCO, París. 375 págs.

Este material fibroso es el resultante del proceso de molienda cuya composición radica en una humedad de alrededor del 50%, Solidos solubles del 5%, y insolubles o fibra cruda del 45%. Lo constituye a nivel general por Celulosa 50% [37% de Celulosa Alfa, 13% de Celulosa Beta y Gamma], Lignina 20%, y Otros Componentes 5% (Revista Juventud Técnica, 2015). Esto lo convierte en una materia prima óptima para el trabajo como fibra en aglomerados, papel, cartón, derivados de la celulosa, muebles. Mientras se potencializa su desarrollo industrial, los ingenios azucareros lo usan como combustible generador de vapor en los mismos procesos de obtención de azúcar. Respecto a la Cachaza, es el residuo en forma de torta que se elimina del proceso de clarificación del jugo de caña. Constituye un 17% de los residuos en el proceso de obtención de azúcar crudo. Es un material café oscuro, constituido por una mezcla compacta de fibra de caña, sacarosa, coloides, coagulados, fosfato de calcio y una gran cantidad de elementos minerales (Revista Juventud Técnica, 2015). La cachaza en términos generales, contiene 40% de Materia Orgánica, 1.76% de Nitrógeno, 3% de P2O5 [Oxido de fósforo (III)], 0,42% de K2O [Oxido de Potasio], 3,15% de CaO [Oxido de Calcio], 1,07% de Mg [Magnesio], 36,7% de Calcio. En términos generales es un agente óptimo para utilización en la fertilización, mejorando su estructura superficial, y aumentando su infiltración, por ser un agente rica en P, K, N, y materia orgánica que al descomponerse genera Anhídrido carbónico, y después Ácido Carbónico, Aumentando la solubilidad del carbonato de Calcio [CaCo3], presente en el suelo, y aportando Calcio, componente esencial en la estructura de éste (Zérega M., 1993). La 16

cantidad obtenida de material orgánico puede variar dependiendo de múltiples factores en el momento de la obtención de la cachaza, tales como el tipo de suelo del cual fue extraída la caña, las condiciones climáticas de cultivo, sustancias con las cuales el jugo fue clarificado, y la temperatura del agua como catalizador en el proceso de molienda. Independiente de si la cachaza se degradase, conservaría sus propiedades contendoras de fósforo y calcio, solamente variada la cantidad de nitrógeno contenida.

5. DESARROLLO 5.1. NIVEL DE PRODUCCIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN LA AGROINDUSTRIA AZUCARERA El Proceso de obtención de azúcar está determinado por las siguientes actividades [ver Gráfico 1], en las que el input es la caña de azúcar cosechada, y los outputs -dependiendo de la situación- son azúcar [En cristales de Sacarosa] y Azúcar Refinada [bajo procesos anexos de separación de sólidos, alcalización, clarificación, decoloración, filtración, evaporación, cristalización, centrifugación y secado, caso ajeno al actual estudio] (Larrahondo, 1995). Gráfico No. 1 Proceso de obtención de Azúcar y Subproductos. Proceso Estándar. Asocaña.

La preparación de la materia prima comienza con el control en calidad y cantidad; siendo pesada, limpiada con Agua a 35°C a 40°C – con el fin de no desnaturalizarla- y poder disponer de un proceso más inocuo (Osorio G., 2007). Lo anterior permite entonces despojar la caña de tierra, sales, minerales, piedras que se pueden adherir en el proceso de extracción de jugo diluido del área de producción. Previo a la molienda los tallos son desfibrados para facilitar la extracción del jugo diluido, por medio de torcedoras, picadoras o desfibradoras. 5.1.1. Molienda En este proceso se extrae el jugo diluido de la caña. Se realiza en molinos en múltiples fases [por lo general entre 5 y 7 ciclos] sometiendo la caña a una serie de extracciones utilizando molinos de rodillo o mazas. Cada nueva fase se aplica con el objetivo de hacer más eficiente el proceso; las últimas dos fases suelen agregar agua a temperaturas de 55°C para forzar la extracción del jugo de caña al máximo, sin desnaturalizar los cristales que se obtengan (Larrahondo, 1995). La compresión se realiza en rodillos o mazas del molino. Se consideran satisfactorias aquellas extracciones que resultan entre un 58% a 63% de jugo por cada tonelada de caña dispuesta (Osorio G., 2007).

Figura No. 1 Molino

1. Polea 2. Banda 3. Motor 4. Eje rotatorio 5. Maza 6. Bastidor 7. Tornillo de tensión 8. Salida de jugo 9. Engrane 10. Transmisión (Osorio Cadavid, 2007)

Como resultante de la molienda, se obtiene el “jugo crudo” y el “bagazo” de caña: el primero es la materia prima que se destina a procesamiento para la refinación de azúcar, y el segundo se maneja como material combustible para generar vapor vivo de alta presión y poder invertirlo en el proceso mecánico. El Bagazo resulta con una humedad –variante dependiente del grado de extracción del jugo- que oscila entre el 50% y 60% el cual es llevado y almacenado en bagaceras a la intemperie y separado por surcos [cada pila puede disponerse con un sistema de aireación rudimentario, con tubos de PVC, material utilizado comúnmente] hasta lograr una humedad inferior al 30%, para poder ser utilizado en los hornos combustibles (Osorio Cadavid, 2007).

5.1.2. Calentamiento Y Encalado Figura No. 2 Secadora rotatoria

1. Entrada de Jugo Crudo 2. Salida de aire caliente 3. Aspas 4. Soporte auxiliar 5. Tambor rotatorio 6. Entrada de aire caliente 7. Ventilador 8. Salida de Jugo Crudo Caliente 9. Motor 10. Transmisión 11. Depósito de aceite (Osorio Cadavid, 2007)

En este Eslabón del proceso se eleva la temperatura del jugo obtenido hasta una temperatura que pueda posibilitar el punto de ebullición del agua [100°C, más o menos 10°C]. Inmediatamente se adiciona Cal, preparando una solución “lechosa”, con el objeto de regular la acidez de los jugos a un valor de pH de 5,8, para prevenir la formación de azúcares reductores [grumos de azúcar o melcocha] y ayudar a la clarificación de los jugos. Es de resaltar que para cumplir con las buenas prácticas de manufactura [BPM], la cal utilizada debe ser del tipo alimenticio para no contaminar la mezcla y obtener un producto inocuo. Acto seguido, se lleva a un segundo calentador con vapor orgánico para homogeneizar la temperatura de la mezcla resultante del jugo diluido con la Cal.

5.1.3. Clarificación Es aquí donde se separan los sólidos insolubles del jugo diluido, mediante un proceso especializado que se basa en un decantado apoyado por el desarrollo mecánico. El decantador sedimenta los sólidos en sustensión procedemtes del tratamiento de maceración, calentamiento y encalado del jugo diluido. Figura No. 3 Clarificador

1. Entrada de jugo Diluido. 2. Campana Tranquilizadora. 3. Lodos Sedientados [Cachaza]. 4. Canal Thomson de Ruptura de Espumas. 5. Salida de Jugo Diluido Clarificado. 6. Motor de Giro. 7. Aspas de giro lento.

Es en el clarificador donde tienen lugar los procesos de concentración y espesamiento de los solidos, decantanción y reducción de lodos producidos por una sedimentación física de una fibra que constituye un 17% de los residuos en el proceso de obtención de azúcar crudo. El lodo es un material café oscuro, formado en esencia por una mezcla compacta de fibra de caña, sacarosa, coloides, coagulados, fosfato de calcio y una gran cantidad de 22

elementos minerales. (Revista Juventud Técnica, 2015) 5.1.4. Filtración Constituye un proceso que permite llevar a un máximo aprovechamiento del jugo extraído de la caña, el esquema de los ingenios azucareros colombianos, cuenta con un proceso extra diferente del proceso estandarizado de la obtención de azúcar (Larrahondo, 1995). En la Filtración se extrae el jugo restante contenido en la chazada que resultó del proceso de clarificación y gracias a la acción de un filtro de tambor giratorio al vacío. Esta maquinaria es comúnmente utilizada en industrias paneleras (Castillo Lozada, 2004). Figura No. 4 Filtro de tambor giratorio con descarga por cuchilla

1. Plataforma elevada 2. Tambor rotatorio 3. Aspersores de agua caliente 4. Cámara de vacío 5. Volante de movimiento 6. Polea 7. Banda 8. Transmisión 9. Motor 10. Depósito de cachaza 11. Regleta limpiadora 12. Receptor de lodos residuales (Osorio Cadavid, 2007)

El filtro de tambor giratorio con descarga por cuchilla se caracteriza por un tambo cilíndrico sostenido en un tanque de extremo superior abierto por una tolva, de tal forma 23

que facilite la rotación del tambor en torno a su propio eje, que se encuentra dispuesto de forma horizontal. La posición del tambor en el tanque está diseñada para tener un 25% a un 40% de su cuerpo dentro de las paredes del tanque, mientras que la porción superior queda abierta hacia arriba. En las paredes queda el cilindro sumergido sobre la solución de lodo que se pretende optimizar –residuo de la clarificación, las paredes del cilindro estas diseñadas con un material filtrante el cual es puesto en funcionamiento con sistema de succión al vacío el cual separará el jugo diluido que no pudo optimizarse en la decantación, del aglomerado solido llamado cachaza (Osorio G., 2007). La cuchilla del filtro sirve, principalmente, para dirigir la torta resultante, desprendida por medio de soplado con aire, a la rampa de contención. Éste sistema permite que pueda funcionar este subproceso como un sistema continuo de gran eficacia, que dispone de poca mano de obra por lo cual permite que sea una inversión con un resultado eficiente para los procesos de manejo y mejoramiento continuo –sin mencionar que requiere un mantenimiento que no genera aumentos en los costos- (Navarrete Prida, 2014). El Jugo diluido obtenido en el filtrado se vuelve a mezclar con el jugo resultante de la molienda para proceder a calentarse nuevamente. 5.1.5. Evaporación Aquí radica el subproceso en el que se evapora la mayor cantidad de agua contenida en el jugo claro, y diluido para obtener meladura (Castillo L., 2004). Mediante el uso de equipos de intercambio de calor por convección, en interacción de

vapor vegetal, se evapora el agua contenida dentro de la solución de jugo diluido y clarificado. Estos intercambiadores –evaporadores- trabajan en múltiples efectos; en el primero de éstos se utiliza vapor de escape, por lo contrario se utiliza el vapor vegetal generado por cada efecto de los evaporadores, o el vapor obtenido en la caldera que aprovecha el bagazo de molienda (Cenicaña, 2012). Figura No. 5 Evaporador

1. Entrada de jugo 2. Cámara 3. Salida de vapor 4. Válvula de rompevacío 5. Válvula de seguridad 6. Entrada de vapor 7. Tubería de vapor 8. Salida de la meladura 9. Salida de condensados (Osorio Cadavid, 2007)

La Meladura es el nombre que adopta el jugo diluido cuando alcanza un contenido de solidos solubles cercano a los 70°Brix, y resulta concentrado. La evaporación del agua contenida en los jugos por calentamiento a 96°C permite alcanzar la concentración necesaria para un producto con alto contenido de azucares, que continuara hasta poder ser obtenida la sacaroza cristalizada (Osorio G., 2007). 25

5.1.6. Cristalización y centrifugación. Producto final Figura No. 6 Tacho

1. Entrada de meladura 2. Válvula de siembra 3. Aspas 4. Cámara de cristalización 5. Válvula de seguridad 6. Válvula de rompevacío 7. Salida de vapor 8. Motor 9. Eje rotatorio 10. Medidor de nivel 11. Calandria de panal 12. Entrada de vapor 13. Salida de condensados 14. Salida de masa cocida (Osorio Cadavid, 2007)

En este subproceso se forman los cristales de sacarosa, en los tachos se obtienen masas con diferentes proporciones de cristales y meladura, que luego son separadas en las máquinas de centrifugado entre el azúcar resultante, y la meladura que entra en un neuvo efecto para aumentar la eficiencia en la obtención del azúcar de Caña.

Figura No. 7 Centrifugadora

1. Descarga de azúcar 2. Tambor rotatorio 3. Entrada de Jugo Diluido 4. Motor 5. Transmisión 6. Polea 7. Canastilla de malla 8. Salida de Lodos Sedimentados (Osorio G., 2007)

Los cristales de azúcar se separan de la meladura mediante los cilindros de malla fina que giran a altas revoluciones, el líquido sale por las mallas y los cristales quedan en el cilindro, luego se lava con agua. El azúcar de primera calidad retenido en las mallas, es un producto con coloracion café –azúcar morena, conocida comuenmente- se disuelve con agua caliente y se envía a refinería para continuar el proceso. De lo contrario se dispone para ir a un área de secado y disposición final, o empacado. (Osorio G., 2007)

Gráfico No. 2 Proceso de Elaboración de Azúcar. Cenicaña 2004

5.2 TÉCNICAS DE LOS PROCESOS DE COMPOSTAJE El Proceso de compostaje está determinado por las siguientes actividades [ver gráfico 3], en las que los input son el material orgánico a procesar, los componentes a adicionar como vinaza, materia seca, y el output es el abono orgánico. Sometido a proceso de transformación fisicoquímica y control de actividad microbiana (Bohórquez A., 2013). Gráfico No. 3 Proceso de elaboración de compostaje estándar

5.2.1. Pretratamiento. Preparación de materia prima Se deben tener un grupo de consideraciones previas para la realización de un óptimo producto orgánico, y las características fisicoquímicas que este debe presentar previo al proceso de transformación. La Relación Carbono-Nitrógeno es uno de los parámetros fundamentales en el proceso

de compostaje, ésta nos expresa la proporción entre el contenido de estos dos materiales orgánicos fundamentales. Siendo protagonistas por ser fuente de energía –Carbono- y sustrato para la síntesis proteica -Nitrógeno- de los compuestos y organismos involucrados en el proceso de compostaje; éstos se convierten en factor determinante de la calidad del producto a obtener en las composteras (Corbit, 2003). La Temperatura es indicador fundamental de la actividad microbiológica desarrollada en la pila, por ende se convierte en la variable de control en el progreso de transformación de una pila de compost. Según Bohórquez, et. al. (2014) son necesarios los 60°C homogéneos en toda la pila para garantizar la muerte de los microorganismos patógenos y semillas de malezas que dañan la pureza de la mezcla, planteando además que no es recomendado exceder los 71°C debido a que se comienza a eliminar los microorganismos encargados de la descomposición de materiales. Coincidiendo con Román, et. al. (2013), Corbit (2003), el rango de temperatura de trabajo de las composteras oscilan entre los 40°C a 60°C, como óptimo biológico de desarrollo de los microorganismos termófilos. Por otra parte señalan Solans, et. al. (2008) citados por Bohórquez Páez (2013) en que es muy importante, -en la práctica- que se incrementen y sostengan temperaturas más elevadas para garantiza la depuración de parásitos y microorganismos patógenos. Teniendo en cuenta a (Christian, H et. al., 2009) el rango como se muestra en la figura No. 9, determina las temperaturas en las cuales se experimentan las diferentes fases del compostaje, y el efecto fisicoquímico que la temperatura tiene sobre ésta.

Figura No. 8 Composteras ingenio Providencia. Fotografía.2015 (Asocaña, 2015)

Figura No. 9. Rangos de temperatura de bacterias mesofílicas y termofílicas.

Por último la Humedad a consideración de Bohórquez Páez (2013) debe estar en un rango controlado de un 50% a 60% al inicio de la preparación del proceso. No debería exceder un grado superior al 60% ya que el agua acumulada podría desplazar el aire de los espacios entre partículas de la pila, y el proceso tornaría a realizar reacciones anaerobias. Por 31

otro lado, al manejar una humedad inferior al 40%, el proceso se tornase más lento por la disminución de la actividad microbiana. Respecto al pH su rango debe encontrarse entre los 5.5 y 8.5. Estos niveles varían dependiendo de un sinnúmero de factores a considerar –tales como la composición de materiales, subproductos, y la concentración de compuestos dentro de éstos-. Las variaciones a lo largo del proceso de formación del compost dependen exclusivamente de la actividad de los sustratos, puede en momentos iniciales disminuir considerablemente por la acumulación de ácidos orgánicos, provocando una disminución de las poblaciones de microorganismos y retrasando el proceso. Debido a esto es necesario garantizar las vueltas a las pilas, y pese a esto el proceso no se detendrá, ya que las poblaciones microscópicas, principalmente los hongos desarrollan los medios metabólicos para poder utilizar los ácidos orgánicos como sustrato, como resultado vuelve a subir el nivel de pH. Lo anterior permite se logre una estabilización, como resultado una neutralidad cercana a los 6,5 a 8,0 independiente de los pH que se generen durante el proceso. (USDA, 2000) Pasado lo anterior, en este eslabón se realiza secado del residuo sólido [Cachaza, hojas etc...] con el fin de retirar el exceso de humedad, recordando que la salida de humedad de la cachaza resulta entre un 40% y un 50%, con el empleo del método de aireación a la intemperie pasándola a un 30% o 25% de humedad. Al obtener las humedades óptimas se analiza la composición de cada residuo (Bohórquez, A., 2013). En la Tabla No. 5 se resumen los parámetros de control y los rangos óptimos de monitoreo.

Las fases que experimenta el subproducto durante la elaboración del compostaje se pueden observar en el Gráfico No. 4, y sus características están descritas en la tabla No. 3.

Gráfico No. 4 Fases ocurridas durante la elaboración del compostaje

Fuente. (Román, et. al., 2013)

Tabla No. 3 Fases ocurridas durante la elaboración del compostaje Fase de Compostaje

Descripción

MESÓFILA

La temperatura inicial del proceso se determinada por el ambiente donde se desarrolla. En cuestión de horas la temperatura puede aumentar hasta los 45°C, debido a la actividad microbiana [Ver tabla no. 4] en su utilización de las fuentes de Carbono y nitrógeno. La descomposición de los azúcares, producen ácidos orgánicos generando la desestabilización del pH, generando su disminución hasta los 4.0 a 4.5. Esta fase se puede desarrollar de 2 a 8 días. Alcanzada la temperatura de 45°C, finaliza el trabajo de los microrganismos mesófilos, y éstos llegan a ser reemplazados por los termófilos, en su mayoría bacterias que actúan facilitando la degradación de las fuentes complejas de Carbono, como celulosa y lignina. Estos Microrganismos termófilos [Ver tabla no. 4] transforman el nitrógeno en amoniaco, y es en este momento donde el pH de la pila sube y se estabiliza. Alcanzando los 60°C aparecen bacterias que producen esporas y actinobacterias, que son las encargadas de descomponer los compuestos más complejos de carbono. La Fase puede desarrollarse entre dos semanas hasta 3 Meses. El nombre de higienización ya que el calor que se genera en esta fase, destruye bacterias, y contaminantes patógenos como Eschericha coli y Salmonella spp. , fuera de esporas de hongos y semillas de malezas que pueden encontrarse entre la pila cuando se prepara. El producto adquiere una característica de higiene desarrollada por sí mismo. Agotadas las fuentes de nitrógeno, se terminan de agotar – debido a su complejidad- las fuentes de carbono restantes; la temperatura vuelve a descender a los 40°C-45°C. Durante esta fase, se reinicia la actividad de microorganismos mesófilos y el pH puede bajar un poco, pero mantendrá su propiedad alcalina sin alterarse. Pueden aparecer hongos visibles a simple vista, esto es u indicador visual de esta fase, la cual puede tardar entre 2 a 5 semanas. Es un periodo de larga duración, y se realiza a temperatura del medio en que se desarrollen las pilas, en este instante se producen reacciones secundarias de condensación y polimerización de compuestos carbonados para la formación de ácidos húmicos y fúlvicos.

TERMÓFILA [Higienización]

MESÓFILA II [Enfriamiento]

MADURACIÓN

Basado en Información Proporcionada por (Román, et. al., 2013), (Bohórquez, et. al., 2014) y (Solans, et. al., 2008).

Tabla No. 4 Organismos comúnmente asociados con el proceso de compost Organismos

Bacterias

Hongos

MESÓFILOS

Pseudomonas spp. Achromobacter sppp. Bacillus spp. Flavobacterium spp. Clostridium spp. Streptomyces spp

TERMÓFILOS

Bacillus spp. Bacillus stearothermophilus. Streptomyces spp. Thermoactinomyces spp. Thermus spp. Thermomonospora spp. Microployspora spp. Clostridium thermocellum.

Alternaria spp. Cladosporium spp. Aspergillus spp. Mucor spp. Humícola spp. Penicillium spp. Geotrichum spp. Aspergillus fumigatus. Mucus pusillus. Chaetomium thermophile. Humícola lanuginosa. Absidia ramosa. Sporotrichum thermophile. Torula thermophile (Levadura) Thermoascus aurantiacus

Basado en Información Proporcionada por (Bohórquez, et. al., 2014) y (Bohórquez, A., 2013)

Tabla No. 5 Parámetros de Control respecto a cada fase de compostaje Parámetro vs. EN FASE EN FASE COMPOST RANGO IDEAL MESÓFILA TERMOFÍLICA MADURO [2 A 8 DÍAS] II [3-6 MESES] (2-12 SEMANAS) 25:1 – 35:1 15/20 10:1 – 15:1 Relación C:N 50% 60% 45%-55% 30% - 40% Humedad ~10% ~10% ~10% Concentración de O <25 cm ~15 cm <1,6 cm Tamaño de Partícula 6,5 – 8,0 6,0-8,5 6,5 – 8,5 pH 45 – 60°C 45°C-Temp. Temperatura Temperatura Densidad Materia Orgánica [Base Seca] Nitrógeno Total [Base Seca]

250-400 kg/m3 50%-70% 2,5-3%

ambiente <700 kg/m3 >20% 1-2%

ambiente <700 kg/m3 >20% ~1%

Basado en Información Proporcionada por (Román, et. al., 2013), (Bohórquez, et. al., 2014) y (Solans, et. al., 2008).

5.2.2. Parámetros Del Compostaje Puestos en consideración cada uno de los factores fisicoquímicos a desarrollar, durante cada fase de preparación, los rangos a controlar serían predeterminados de la siguiente forma.

5.2.2.1. Preparación De La Pila Al obtener las humedades óptimas se analiza la composición de cada residuo, el método varía según la necesidad o la demanda de material orgánico que se necesite, así que de esta forma categorizamos los diferentes subsistemas de las pilas de compostaje (Bohórquez Páez, 2013). Se pueden distinguir dos sistemas de producción

Sistemas abiertos: En donde los subproductos a compostar son expuestos al aire, ya sea bajo libre exposición o bajo cubiertas: Pila aireada pasivamente: Este método de pila de compostaje estático pasivo involucra la formación de una pila con la mezcla de subproductos iniciales a compostar. (Ward, 2002), (USDA, 2000).

Figura No. 10 Esquema de pila aireada pasivamente

Aire

Pila 36

Pila estática con aireación pasiva: Estas pilas de aireación pasiva no se voltean. La aireación de la pila es lograda únicamente con el movimiento pasivo del aire a través de tubería perforada instalada en la base al momento del montaje (Ward, 2002). Figura No. 11 Esquema de pila estática con aireación pasiva

Fuente. (USDA, 2000)

Pila estática con aireación forzada: Este sistema utiliza insufladores o ventiladores mecánicos para forzar el aire a través de tuberías. El aire puede ser succionado desde el interior de la pila o impulsado a través de tuberías utilizando presión positiva (Ward, 2002).

Figura No. 12 Esquema de Pila estática con aireación forzada

Fuente. (Ward, 2002)



Sistemas Cerrados

Tipo silo: Son sistemas con alturas 4,0 a 10,0 m donde el material compostable se encuentra confinado en un único espacio, es para volúmenes pequeños y dispone de una tiempo de almacenamiento no mayor a 2 a 4 semanas. Figura No. 13 Silo. Sistema cerrado de compostaje

Fuente. (Ward, 2002)

Figura No. 14 Esquema de Silo. Sistema Cerrado de Compostaje

Fuente. (USDA, 2000)

Tipo cajón: El compostaje se realiza en cajas, cajones etc. que pueden ser hechos de madera, metal, plástico o cualquier otro material, en donde el compostaje se va volteando de un cajón a otro según su grado de madurez (Sánchez, D., 2013). Las mismas condiciones aplicadas para las pilas de aireación forzada aplican para este método.

Figura No. 15 Cajón. Sistema Cerrado de Compostaje

Fuente. (WikiHow, 2015)

Estáticos rectangular con volteador: Los materiales se depositan sobre una superficie sólida y un dispositivo volteador automático se desplaza a lo largo de la cama regularmente. Figura No. 16 Volteador por medio de Tractor

Fuente. (Londoño C. & Carvajal C., 2015)

Dinámico de cilindro rotativo: Este sistema permite que mezclas adicionales se carguen en el tubo una vez se ha iniciado el proceso de compostaje (USDA, 2000). El cilindro debe ser girado con periodicidad para garantizar la aireación de la mezcla y las condiciones aerobias del proceso de compostaje. El tamaño del dispositivo estará limitado por el peso del material. Figura No. 17 Sistema Cerrado dinámico de Cilindro rotativo.

Fuente (Christian, Evanylo, & Pease, 2009)

5.2.3. Estructuración (Crecimiento de microorganismos) Al tener de forma adecuada la pila y cumpliendo parámetros de calidad como humedad, se realiza una mezcla y aireación de la materia, ayudando de esta forma a la creación de condiciones necesarias para el crecimiento de microorganismos, los cuales descomponen los residuos hasta transformarlos en compostaje. Es necesario tener en cuenta una altura óptima para este desarrollo. En concordancia con Ward (2002), Jaramillo H. & Zapata M. (2008) se proponen parámetros guía en la tabla no. 6 respecto al tamaño de las pilas.

Tabla No. 6 Guía para determinar el tamaño de las Pilas Método de Compostaje

Altura [m]

Ancho [m]

Pila aireada Pasivamente Pila Estática con aireación Pasiva Pilas con Volteo Maquina volteadora halada por tractor Maquina Volteadora Autopropulsada Pila estática con Aireación Forzada Sistemas de disposición Verticales discontinuos o tipo Cajón

1 – 1,8 1 – 1,8 1,8 – 2,4 1 – 2,7 1,8 – 3,6 1,8 – 3,6 N/A

3,6 3,0 3,0 2,7 – 6,0 3,0 – 6,0 3,0 – 6,0 N/A

Fuente. (Cooperband, Marzo 29, 2002)

5.2.4. Descomposición

Adicionamiento de residuo líquido (Vinaza) Según (Philippe, 2006), la adición de vinaza al compostajes es una práctica utilizada por años, que –aunque significativamente bajas- se han sabido valorar con éxito. Esta cantidad puede ser determinara a 1m3 de Vinaza por cada tonelada de Cachaza dispuesta en el proceso de compostaje. Esto es debido a su alta concentración de DBO y DQO que superan el 80% promedio, y esto imposibilita su degradación por método natural –puede requerir procesos anaerobios, o de Metanización-. El objetivo principal de la adición -de un material que en grandes cantidades tiene condiciones contaminantes-, es la fácil disposición de los azucares contenidos, como las pentosas. Estos azúcares son fácilmente descompuestos por los microrganismos del suelo durante los procesos de descomposición de materia orgánica, también mantienen la estabilidad en las variaciones de nitrógeno en las mezclas de solidos

orgánicos. Por último, por su alto poder electrolítico su reacción ácida y acción como activador del desarrollo microbiano y promueve la liberación de calcio en forma de fosfatos y carbonatos, Desplazando el Sodio que en cantidades fuera de control puede dañar el suelo por el exceso de sales (García O. & Rojas C., 2006), (Philippe, 2006).

Dosificada la vinaza se realiza la homogenización por medio de volteos diarios, en esta etapa es clave el control de temperatura y humedad. Figura No. 18 Muestra de Vinaza

Vinaza Azucarera. Fuente GrupoAGrupo.net, Granada España [2014]

Es necesario agregar que la proporción utilizada de vinazas en el proceso, no permite dar solución al manejo de las vinazas, ya que representa una parte demasiado pequeña debido a la cantidad procesada. Un ingenio de 5,000 toneladas/día puede llegar a producir 2,000m 3 De

Vinazas al día, de los cuales no más del 10% puede ser incorporado al compostaje de la Cachaza (García O. & Rojas C., 2006).

5.2.5. Secado natural.

El tiempo de maduración oscila entre los 180 a 200 días, posteriormente se puede pasar por trituradora para facilitar su transporte y disposición. No es un procedimiento al que se le dedique la suficiente atención, pero tiene un papel elemental debido al tamaño de partícula, entre más homogéneo sea esta distribución – sin tener que llegar a un tamizado- mejor será la eficiencia y aprovechamiento de cada lote de compost.

5.2.6. Maduración. Estabilización. Parámetros de calidad La Maduración del compost involucra el grado de degradación de los componentes puestos a trabajar en un instante inicial, y que su combinación ha sido adecuada debido a la síntesis de compuestos y energía necesarios (Bohórquez, et. al., 2014). Éste es un periodo de larga duración, y se realiza a temperatura del medio en que se desarrollen las pilas, en este instante se producen reacciones secundarias de condensación y polimerización de compuestos carbonados para la formación de ácidos húmicos y fúlvicos. (Román, et. al., 2013). La calidad del producto final no tiene un método estandarizado (USDA, 2000) pero se puede determinar mediante el rango óptimo de cada uno de los factores químicos, físicos y 44

biológicos de control de cada uno de los eslabones del proceso. Fuera de también la posibilidad de evaluar la cantidad de ácidos húmicos y fúlvicos. Basando en el postulado propuesto de evaluar el material orgánico debido a su rango optimo en faca factor determinado

explicado a lo largo de

este objetivo, y bajo análisis de

(Bohórquez P., 2013) y de (Arbelaez, 1992), la caracterización puede presentarse de la siguiente forma.

Tabla No. 7 Caracterización química de la Cachaza. PARÁMETRO

Rango

PARÁMETRO

Rango

Carbono Orgánico Nitrógeno Total Relación C:N Materia Orgánica Fósforo Potasio Calcio

19,5% 0,6% 32,5 33,5% 0,71% 0,60% 2,10%

Magnesio Hierro Manganeso Cobre Zinc Humedad

0,67% 1600 ppm 486 ppm 58,50% 198 ppm 65,30%

Fuente (Arbelaez, 1992)

Evidentemente, los rangos de control examinados en la tabla no. 7 no podrán arrojar una conclusión del grado de calidad del compost después de realizado, pero si pueden ser muy objetivos a la hora de realizar que potencial de trabajo tuvo al acercarse a éstos rangos óptimos. La presentación monitoreo es vital –Nota del Autor-.

Tabla No. 8 Parámetros guía para evaluar algunas calidades de compost en los Estados Unidos CARACTERÍSTICAS Sustrato Sustrato Abono o Enmienda químico para mezclas en Sustituto del para Suelos Viveros

Uso Recomendado

Como sustrato o medio único de Crecimiento sin ninguna mezcla adicional

Color

Café Oscuro a Negro

Olor

Debe Tener buen olor a tierra

Suelo

Sustrato o medio de crecimiento para mezclar con otros materiales, bandejas y para macetas en invernaderos

Aplicación en pastizales y gramas establecidas.

Café Oscuro a Negro No debe tener Olores cuestionables

Tamaño de partícula

<1,2 cm

< 0,6 cm

5,0 - 7,6

5,0 - 7,2

5,5, - 8,0

Mejorador de suelos agrícolas, establecimiento y mantenimiento de siembras en labores de paisajismo. Restauración de suelos degradados. Café Oscuro a Negro No debe tener Olores cuestionables < 1,2 cm; >1,2 cm para restauración de suelos degradados Rango no Definido

Sales Solubles <2,5 dS/m <4 dS/m <5 dS/m <20 dS/m [Conductividad Eléctrica] Tasa Respiratoria < 200 (O2) < 200 (O2) < 200 (O2) < 400 (O2) O2=mg/kg.hr No exceder los estándares de la EPA para el compost proveniente de residuos Elementos, trazas / orgánicos Metales Pesados Fuente. (Christian, et. al., 2009); (Rynk & Colt, 1997)

A nivel Colombia, no existe una reglamentación estandarizada sobre las características de diferentes calidades de los lotes de compost. El instituto Colombiano de Normas Técnicas ICONTEC- generó la NTC 1927 de 1997 sobre “Fertilizantes y Acondicionadores de suelos. Definiciones, Clasificación y Fuentes de Materias Primas”, y la NTC 5167 de 2004 sobre “Productos para la Industria Agrícola. Productos orgánicos usados como Abonos o 46

Fertilizantes y enmiendas de suelo”. En estas dos, se recopilan los datos para predeterminar una sola calidad de compost y los requerimientos mínimos que éste debe cumplir para poder ser comercializado como abono o acondicionador orgánico natura de suelos. A continuación se presenta con base en lo plantead por Bohórquez P. (2013) y por ICONTEC (2004) la tabla No. 9 donde se especifican esos rangos: Tabla No. 9 Requisitos específicos mínimos de Calidad para Comercialización del compost en Colombia PARÁMETRO A CARACTERIZAR EN BASE SECA Contenido de Cenizas Contenido de Humedad para materiales de origen Vegetal Contenido de carbono orgánico oxidable total Contenido N total Contenido P2O5 total Contenido K2O total Relación C:N Capacidad de Intercambio Catiónico CIC Capacidad de retención de humedad pH Densidad METALES PESADOS Arsénico Cadmio Cromo Mercurio Níquel Plomo Poblaciones Salmonella spp. Poblaciones Enterobacterias totales

LÍMITES PERMISIBLES Máximo 60% Máximo 35% Mínimo 15% Declararlos si cada uno es mayor al 1%. Declararlos si cada uno es mayor al 1%. Declararlos si cada uno es mayor al 1%. Declararla Mínimo 30 meq/100 g suelo Mínimo su propio peso Mayor de 4 y menor de 9 Máxima 0.6 g/cm3 41 mg/kg 39 mg/kg 1200 mg/kg 17 mg/kg 420 mg/kg 300 mg/kg Ausente 25 g producto final < 1000 UFC / g producto final

Fuente. (ICONTEC, 2004), Norma Técnica Colombiana NTC 5167 de 2004

5.2.7. Empacado El producto terminado es empacado en bultos de 40 kilogramos para su Disposición Final, ya sea como aplicación en los Surcos cultivables de la industria de Caña, en los ingenios o como venta local. Actualmente se empaca en lonas de 25 kilos para facilitar su transporte por tractor a los cultivos donde será dispuesto para comenzar de nuevo el proceso de obtención de las materias primas para la obtención del Azúcar (Bohórquez P., 2013).

Figura No. 19 Empacado tradicional de compost

Fuente. (Román, et. al., 2013)

5.3. Mejoras para el control de calidad en el manejo y transformación de los residuos sólidos orgánicos de la Agroindustria azucarera con el empleo de compostaje.

5.3.1. Estrategias para cada etapa de elaboración de compost

Incluyendo cada uno de los eslabones en el proceso de elaboración de compost, diversificado con la inclusión de la cachaza y la Vinaza, se presenta la siguiente tabla de mejoras para cada uno de los subprocesos como alternativas viables para el manejo y potencialización de todo el proceso.

Tabla No. 10 Estrategias para cada etapa de elaboración de Compost Etapa

Material y/o equipo

ESTRATEGIA

PREPARACIÓN DE MATERIAS PRIMAS

Higrómetro

Reducir el margen de error en tomas de temperatura

ACONDICIONAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS

Azufre orgánico, contenido en la Alicina del Ajo, la Quercetina de la Cebolla Roja (Ruiz de las Heras & WebConsultas Healthcare, 2016) Tolvas de almacenamiento (diseño rectangular)

Ayudar al equilibrio de Azufre, como medio principal en la disminución de pH en finalización de fase termófila

ALIMENTACIÓN PILA ESTRUCTURA DE CRECIMIENTO MICROORGANISMOS

Sistema de volteo automático para las pilas.

ADICIÓN DE VINAZA

Termobalanza

MONITOREO DE DATOS

Sensor de temperatura

Tabulación de Datos

MADURACIÓN, ESTABILIZACIÓN, HIGIENIZACIÓN

Microorganismos Eficientes BIOCIDAS

Disminuir las perdidas en suelo y poder generar aislamiento de la pila vs. El medio en el que se desenvuelve Ayuda a mejorar el aireamiento y homogenización de la mezcla , (siendo de este modo controlado) - Se estandarizaría el proceso Estandarizar la adición de vinaza, teniendo como base de cálculo la relación de 1 m3 a 1,7m3 de vinaza, por cada tonelada de Compost de Cachaza aplicado. Diseño de software, monitoreo constante de temperatura mediante un Termómetro de infrarrojo, que pueda Mantener el rango óptimo de temperatura entre 40 - 60 °C. Control de trazabilidad de lotes de producción, y control de factores durante el desarrollo de las pilas de compost Acelerar el Desarrollo Microbiano dentro de la pila de Compost Control biológico y natural del medio de crecimiento

Fuente. Rosales Mendoza, D., 2016

5.3.2. Acondicionamiento De Materias Primas Como solución a la falta de una fuente de alto contenido de azufre, de origen orgánico y fácil adquisición se propone la adición de ajo y cebolla roja con el objetivo de ayudar al equilibrio de Azufre, como medio principal en la disminución de pH en finalización de fase termófila. Las cantidades pueden someterse a estudio, buscando la eficiencia de estas materias sobre el desarrollo fisicoquímico del producto del compostaje –Nota Del Autor

Alicina: Es el producto de la Conversión de la Aliina que se encuentra en el Ajo [Allium Sativum], por medio de la catarsis de la enzima alinasa; es un compuesto azufrado. Se puede obtener con la maceración de Ajo su fractura, y está en una proporción del 0,22% al 0,24% en relación al peso de ajo. No hace parte de la nutrición esencial humana. (Bender-Bojalil & Bárceas-Pozos, 2013) Figura No. 20 Fórmula Estructural de la Alicina

Fuente. Wikipedia.Org – Allicin

 Quercetina: Es un Flavonol que se encuentra en la cebolla Roja [Allium cepa L.] destacado por su actividad antioxidante, es potente catalizador del azufre 51

contenido en la cebolla y puede extraerse fácilmente para su uso como materia secundaria en el desarrollo de las pilas de compost (Barrio, et. al., 2013).

Figura No. 21 Fórmula Estructural de la Quercitina

Fuente. Wikipedia.Org – Querecetin

El uso de estos dos compuestos, contenidos en materias vegetales de fácil adquisición son sustitutos del azufre mineral que puede elevar los costos de producción en el desarrollo del proceso de compostaje; por medio éste la fase Mesófila II se garantiza una disminución controlada al rango normal de 5,0 y desde ahí poder contenerse. Fuera de ser fuente alimenticia para los microorganismos que se desarrollen en la pila de abono.

5.3.3. Alimentación pila y sistema de volteo La Mecanización de las líneas de Compost, son un Plus a la hora de poder fomentar el desarrollo industrial del compost. Como se puede ver en la imagen [Empresa US Filter, Estados Unidos] ellos disponen del material vegetal residual obtenido de la explotación 52

del maíz y frijol, pero llevaron un paso más allá sus procedimientos de biorremediación. Cada una de las líneas esta impermeabilizada y Separada por placas de concreto de hasta 1,5m de alto, donde se contiene en su totalidad la materia prima a Contener. Dispone de un Rodillo de volteo de la pila que se desplaza transversalmente por el total de las pilas del almacén diseñado y recorre cada línea mezclando y fragmentando las partículas de cada una de las pilas, generando un control de alta eficiencia sobre el material. [Nota del Autor. No se dispone de material de referencia, por falta de acceso a las bases de datos de la organización] Figura No. 22 Infaestuctura de Pilas de Abono a nivel industrial

[Empresa US Filter, Estados Unidos]

5.3.4 Adición de vinaza Como mencionamos en el procedimiento rudimentario utilizando para la elaboración de compost, sumado de las cantidades a utilizar en los ingenios azucareros, la garantía de la adición de la concentración de 1,0 m3 a 1,7m3 Por Cada tonelada Trabaja de Compostaje con Cachaza, favorecerá el control de sales en la aplicación sobre el suelo de los cultivos de Caña, Fuera de favorecer el desarrollo microbiano en la formación del compost de calidad. La cantidad de Vinaza aplicada surge de la relación de un 17% de cachaza obtenida de cada tonelada de materia prima implementada en los ingenios Azucareros, y la aplicabilidad del 10% de vinaza por cada Tonelada de Cachaza aplicada en las pilas a compostar. (Philippe, 2006), (García O. & Rojas C., 2006) 5.3.5. Monitoreo y análisis de datos Al realizar el análisis de datos, de cada uno de los factores que intervienen en el desarrollo del compost, podemos obtener información relevante como son cada uno de los rangos de control en un tiempo determinado. Esto permitirá realizar un diagnóstico del funcionamiento de nuestro proceso y levanta recomendaciones según las tendencias de los seguimientos se dirijan. Al momento de implementar soluciones, mejoras y planes de acción; podremos desempeñarlo con un tiempo de respuesta que evite perder materia prima, y tiempo de proceso, tornándolo más eficiente. En cada análisis se debe enfocar en mejorar cada uno de los subprocesos basado en una estrategia de seguimiento global.

Dicho esto, el diseño de un software que permita monitoreo constante de temperatura, la humedad, el pH m podemos mantener en control cada uno de los rangos mínimos que nos pide la legislación colombiana. Fuera de poder tener una base de datos

Solida Para el

control de trazabilidad de lotes de producción, y salida de todo el material. No es difícil desde este punto poder recomendar el monitoreo por parte de la Ingeniería agronómica del efecto de cada uno de los lotes de compost de calidad, sobre diferentes parcelas de terreno en los ingenios azucareros.

La siguiente plantilla es un punto de partida para el control de factores, en cada uno de los lotes a producir.

Firma de aprobación

Referencia Visual

Aspecto

Rango de Ref.

Humedad

Rango de Ref.

Temperatura

CONTROL

Semana 2

4,0 - 6,0

15°C - 40°C

Semana 1

Semana 3

Semana 5

Semana 6

Semana 7

7,0 - 8,0

40°C - 15°C

Semana 8

Semana 9

Semana 10

Semana 12

5,0 - 8,0

°T Ambiente

Semana 11

Código de Control. EAI-AM-PC-FO-023 Fecha de Actualización: Agosto de 2016

Variable, depediendo de la Humedad De entrada, Favor Poner humedad de Referencia

8,0 - 9,0

40°C - 65°C

Semana 4

PLANILLA DE CONTROL DE PROCESO DE COMPOSTAJE No. De Pila _________ Encargado: ____________________ Jefe de Supervisión: ________________ Fecha Inicial: ________________ Fecha Final: _______________ Observaciónes a Considerar: ____________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________

Tabla No. 11 Planilla de Control para proceso de compostaje

5.3.6. Planes de acción Los Desarrollos de (Ward, 2002), (Bohórquez P., 2013) concuerdan en una dinámica de trato de los factores que ejercen variabilidad en la calidad que una pila de compost pretende alcanzar. En las tablas No.12 a No. 17 -de acuerdo con el monitoreo que se propone en la tabla anterior- se presentan las acciones correctivas de primera atención en diferentes situaciones a las cuales el encargado de las pilas se podría enfrentar, y sin necesidad de recurrir a un ingeniero a cargo, puede tener respuesta inmediata a cada uno de los rangos que se salgan fuera de control. En Cada situación, las correcciones son de prácticas mecánicas y adición de materiales que, como lo explica cada solución, generan cambios fisicoquímicos para la estabilización de los rangos que puedan salirse de control. El registro de cada una de las variaciones debe ser diligenciado a modo de viácora, y cada adición extra debe ser tenida en cuenta para realzar trazabilidad a problemas y realizar acciones preventivas. Lo anterior permitirá el proceso de mejoramiento continuo dentro de la evolución del producto, por ende a cada solución obtenida exige que se tome de nuevo un rango de control, con la finalidad de evidenciar la corrección de los rangos de medición, sin eliminar el anterior dentro de las tablas de registro como medio de establecer comparaciones y análisis.

 Aireación Tabla No. 12 Estándar de Control para control de Aireación

PORCENTAJE DE AIREACIÓN

PROBLEMA

<5%

Baja Aireación

Insuficiente evaporación de agua, generando exceso de humedad y un ambiente anaerobio

SOLUCIÓN Volteo de la mezcla y/o adición de material, estructurante que permita aireación

5% - 15% Rango Ideal

>15%

Exceso de Aireación

Descenso de temperatura y Evaporación del agua, haciendo que el proceso de descomposición se detenga por falta de agua

Picado del material a fin de reducir el tamaño de partícula y –por endedel poro; para así reducir aireación. Se debe regular la humedad, bien sea proporcionando agua y material o añadiendo material fresco con mayor contenido de agua. SE NECESITA MONITOREAR

 Humedad Tabla No. 13 Estándar de Control para control de Humedad

PORCENTAJE DE HUMEDAD <45%

PROBLEMA Humedad insuficiente

Puede detener el proceso de compostaje por la falta de agua para los organismos

SOLUCIÓN Volteo de la mezcla y/o adición de material, estructurante que permita aireación

45% - 60% Rango Ideal

>60%

Oxigeno Insuficiente

Material muy húmedo, el oxígeno queda desplazado. Puede dar lugar a zonas de desarrollo anaerobio

Volteo de la mezcla y/o adición de material con bajo contenido de humedad y con alto valor de carbono, como aserrines, paja y hojas secas SE NECESITA MONITOREAR

 pH

Tabla No. 14 Estándar de Control para control de pH

PROBLEMA Exceso de ácidos Orgánicos

<4,5

Los materiales vegetales como restos de cocina, frutas, liberan muchos ácidos orgánicos y pueden acidificar el medio

SOLUCIÓN Adición de material rico en nitrógeno hasta conseguir una adecuada relación C:N, MONITONERAR CONSTANTEMETNE.

4,5 – 8,5 Rango Ideal

>8,5

Exceso de Nitrógeno

Cuando hay un exceso de Nitrógeno en el material de origen, con una deficiente relación C:N, asociado a humedad y altas temperaturas, se produce amoniaco alcalinizado en el medio

Adición de material más seco con mayor contenido de Carbono [Restos de Poda, hojas secas, Aserrín] SE NECESITA MONITOREAR

 Relación C:N Tabla No. 15 Estándar de Control para control de la Relación de C:N

RELACIÓN C:N >31:1

PROBLEMA Exceso de Carbono

Existe en la mezcla una gran cantidad de materiales ricos en carbono. El proceso tiende a enfriarse y volverse lento

SOLUCIÓN Adición de material rico en nitrógeno hasta conseguir una adecuada relación C:N, MONITONERAR CONSTANTEMETNE.

15:1 – 35:1 Rango Ideal

<15:1

Exceso de Nitrógeno

En la mezcla ay una mayor cantidad de material rico en nitrógeno, el proceso tiende a calentarse en exceso y se generan malos olores por el amoniaco liberado; fuera de destruir los procesos microbiológicos.

Adición de material más seco con mayor contenido de Carbono [Restos de Poda, hojas secas, Aserrín] SE NECESITA MONITOREAR

 Tamaño De Partícula

Tabla No. 16 Estándar de Control para control del Tamaño de Partícula

TAMAÑO DE PARTPICULA [cm] >30cm

PROBLEMA

Exceso de Aireación

Los materiales de gran tamaño crean canales de aireación que hacen bajar la temperatura y desaceleran el proceso

SOLUCIÓN Picar, Triturar el material hasta conseguir un tamaño de partícula de 10cm a 20cm

5cm – 30cm Rango Ideal

<5cm

Compactación

Las partículas demasiado finas crean poros pequeños que se llenan de agua, facilitando la compactación de la pila y el flujo de aire se restringe, produciendo un proceso anaerobio

Añadir material de tamaño mayor, voltear para lograr homogeneizar

 Temperatura

Tabla No. 17 Estándar de Control para control de Temperatura

TEMPERAT URA [°C]

CAUSAS ASOCIADAS Humedad Insuficiente

Bajas Temperaturas [°T Ambiente <35°C]

Material Insuficiente Déficit de nitrógeno o Baja relación C:N

Altas Temperaturas [°T Ambiente >70°C]

Ventilación y humedad insuficiente

Las bajas temperaturas pueden darse por múltiples factores, como la falta de humedad, por lo que los microorganismos disminuyen la actividad metabólica y por tanto, la temperatura baja. Insuficiente material de la pila inadecuada para que alcance la temperatura adecuada El material tiene una alta relación C.N y por lo tanto, los microorganismos no tienen el Nitrógeno suficiente para generar enzimas y proteínas y disminuyen o relentizan su actividad La temperatura es demasiado alta y se inhibe el proceso de descomposición. Se mantiene la actividad microbiana pero no la suficiente para activar os microorganismos mesolíticos y facilitar la terminación del proceso

SOLUCIÓN Humedecer el material o añadir material fresco con mayor porcentaje de humedad [Restos de fruta y verduras, u Otros] Añadir más material a la pila de compostaje Añadir material con alto contenido en nitrógeno como estiércol Volteo y verificación de la humedad [55%-60%]. Adición de material con Alto contenido en carbono de lenta degradación [Maderas, o pasto seco] para que relentice el proceso

5.3.7. Maduración, Estabilización, Higienización La Utilización de Microorganismos Eficientes consiste en una combinación de varios microorganismos benéficos (más de 80 microrganismos benéficos de origen natural), cuya tecnología de desarrollo fue propuesta por Teruo Higa, Ph.D., profesor de horticultura de la universidad de Tyukyus en Okinawa, Japón. Fundases una organización patrocinada por El minuto de Dios, ubicada en Bogotá, es un buen referente de la utilización de estos procesos biotecnológicos en el país. Los

M.E.,

como

microbiológico

del

inoculantes selo,

microbianos,

mejorando

sus

reestablecen condiciones

equilibrio

fisicoquímicas,

incrementando la producción de los cultivos y su protección, además es un grandioso punto de partida para la agricultura sostenible (Szter & Pravia, 1999). Para la planta De caña Azucarera se puede generar un aumento en la velocidad de la germinación de las semillas, por su efecto hormonal, similar al ácido giberélico. Otro de los valores agregados es el aumento del crecimiento del tallo y raíces, promoviendo el crecimiento vegetal, aumentando la productividad de los cultivos. A nivel de suelos, los mejoramientos efectivos se ven centrados en las características físicas, biológicas y depuración de enfermedades: el mejoramiento en la estructura y agregación de las partículas del suelo, reduciendo compactación e incrementando los espacios porosos que posibilitarían mejor infiltración del Agua. En los efectos microbiológicos se controlarían las poblaciones de 62

microrganismos patógenos que se desarrollen en el suelo por propagación, y generando las condiciones necesarias para el desarrollo de los microrganismos benéficos (Tabora, 2007). Hay tres grupos de microrganismo que deben ser mencionados como pauta para la aplicación en el compostaje de material orgánico. Las Bacterias Fotosintéticas [Rhodopseudomonas spp], son un grupo de organismos autosuficientes, las cuales se encargan de sintetizar substancias útiles a partir de las secreciones de las raíces, materia orgánica y/o gases como el Sulturo de Hidrogeno, apartir de la luz solar o el calo en el suelo como fuente de energía. Figura No. 23. Rhodopseudomonas palustris (Molisch 1907). Fotografía Digital

Fuente. Wikipedia.com/Yeast

El Grupo de las Levaduras [Saccharomyces spp] sintetizan substancias antimicrobiales, u otras sustancias útiles para el crecimiento de las plantas a partir de

aminoácidos y azucares secretados por las bacterias fotosintéticas, la materia orgánica de las pilas e abono y las raíces de las plantas (Shinitani, et. al., 2000).

Figura No. 24 Saccharomyces cerevisiae. Fotografía Digital

Fuente. Wikipedia.com/Yeast

6. CONSIDERACION TEÓRICA FINAL

Uno de los ejes problemáticos en la generación de condiciones de competitividad para el mercado de potenciadores y recuperadores orgánicos en el sector Agropecuario es la ineficiencia en los procesos de producción y aprovechamiento de residuos orgánicos, como lo hemos evidenciado a lo largo de este documento. Pero la diversidad de caminos a investigar y aplicar es incontable. Según DANE & DIMPE (2011), el Ministerio de Medio ambiente y Desarrollo Territorial y la Corporación Colombiana Internacional [CCI] en el año 2011 habían 51 millones de hectáreas de uso agropecuario en el país. El estudio calculó que el 60% de las pareas agrícolas fueron destinadas al crecimiento de cultivos permanentes, un 37% a cultivos transitorios, y un 3% para suelos de descanso los cuales son de recuperación. Especificando en los suelos del valle geográfico del río Cauca, Quintero Durán, (1995) Ingeniero Agrónomo y Edafólogo de CENICAÑA, comenta que la industria azucarera ubicada en la parte plana del Valle del Cauca, cuya extensión aproximada es de 375.000 Ha, de las cuales 232.070 –actualmente- se dedican a la producción de caña de azúcar. De acuerdo con el Instituto Geográfico Agustín Codazzi [IGAC] y la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca [CVC], en esta región hay 84 series de suelos en diferentes proporciones de los órdenes Mollisol [Con un 36%], Inceptisol [Con un 26%], Vertisol [Con un 21%], Entisol [Con un 10%], Alfisol [Con un 5%] y Ultisol [Con un 2%] del área total considerada para dichas labores. (IGAC, 1980). 65

Para todas las necesidades nutricionales del suelo, dividimos en macro y micronutrientes, los elementos tomados por la planta para su desarrollo. Macronutrientes estarían Nitrógeno, Fósforo, Potasio, Calcio, Magnesio, y Azufre. Los Micronutrientes son: Boro, Zinc, Cloro, Cobre, Hierro, Manganeso, Molibdeno, éstos aunque son necesarios, se requieren en cantidades mínimas (Larrahondo, 1995). Enfocándonos en los macronutrientes, la cantidad extraída por un cultivo productivo es diferente de acuerdo con la variedad de caña, el tipo de suelo, las condiciones de clima y el manejo del cultivo. Según Quintero Durán (1995) se encontró que la extracción de nutrientes por cuatro variedades de caña de Azúcar, en tres tipos de suelos varió entre los 0,44kg - 1,15kg de Nitrógeno, 0,11kg - 0,30kg de Fósforo y 0,77kg – 2,19kg de Potasio por cada tonelada de tallos maduros cosechados. Teniendo como base el estudio realizado en CENICAÑA citado por Quintero Durán (1995), para la variedad CENICAÑA Colombia [CC83-25], para cada tonelada de tallos procesados la extracción nutricional fue de 0,70kg de Nitrógeno, 0,22kg de Fósforo, 1,38kg de Potasio, 0,19kg de Calcio, y 0,20kg de Magnesio. 2,69kg en total de Macronutrientes son extraídos para cada tonelada de Caña de azúcar. La producción de cachaza es, en promedio de 30kg por cada tonelada molida (Orlando, J., 1991), (Quintero, R., 1995). Respecto a su composición la cachaza en términos generales, contiene 40% de Materia Orgánica, 1.76% de Nitrógeno, 3% de P2O5 [Oxido de fósforo (III)], 0,42% de K2O [Oxido de Potasio], 3,15% de CaO [Oxido de Calcio], 1,07% de Mg [Magnesio], 36,7% de Calcio. (Zérega M., 1993), (Revista 66

Juventud Técnica, 2015). En peso resultaría 6,183kg de Macronutrientes respecto al análisis de éstas tendencias determinadas por todos los autores, Excluyendo el Calcio, debido a que aumenta considerablemente por la adición de Cal, del Encalado del proceso de Calentamiento. Teniendo en cuenta la relación de peso sobre los 30kg de cachaza obtenidos por cada tonelada de caña de azúcar procesada, la oferta que puede dar cada kilogramo de compost de cachaza es de un 20% de macronutrientes, en contraste con el 8,6% de los macronutrientes que en relación en peso son extraídos en cada tonelada cosechada, esto evidencia una cantidad –teórica- notablemente alta de retorno de materia orgánico al suelo que trabajan los ingenios de azúcar. En definitiva, si todo el ingenio azucarero del valle geográfico del Cauca, realizara una correcta y proyectiva disposición de sus residuos; enfocando gran esfuerzo en la transformación de la Cachaza tendría, en con plazo -considerablemente corto- como sustituir la implementación de fertilizantes químicos que contengan los macronutrientes mencionados anteriormente. Significando un ahorro en la compra y optimizando los programas de Fertirriego de cada uno de los cultivos. Es Menester revisar la implementación de estos sistemas eficientes de compostaje con el manejo de los subproductos de toda la industria, como punto de partida de empresas que sobresaldrán por su uso eficiente de materias primas, y su desarrollo sostenible en un medio que necesita de gran cuidado.

Como Ingeniero Agroindustrial la participación dentro de los procesos de aprovechamiento y optimización se convierte en algo trascendental, debido a que hay que ser eje principal dentro de la armonía entre proceso, producto, persona, plata y el programa directriz. Con una visión de mejoramiento, aprovechamiento y optimización, los lineamientos a revisar y mejorar se pueden acomodar en un ciclo PHVA, cuyo resultado es un proceso controlado en su totalidad y que cuenta con todos los aspectos en forma concatenada. Y a partir de esta organización de proceso es donde se da la pauta de innovación y propuestas para explorar nuevos horizontes que permitan desarrollar nuevos procesos, hasta ensamblar con otros procesos de explotación de materias primas o aprovechamiento de sus subproductos.

7. CONCLUSIONES



Siendo un proceso con un potencial considerablemente alto, el diseño y elaboración

de sistemas de compostaje tiene bases que aún no han sido explotadas en su máximo furor, ya que los subprocesos y estrategias utilizadas –aunque fundamentadas en un gran Marco conceptual y de investigación basto- dispone de una aplicabilidad muy rudimentaria, basada en las prácticas agrícolas desempeñadas por la cultura agrícola tradicional. La utilización del a vinaza puede favorecer, aunque en media baja, la disposición final de este material tan controversial. Se recomienda proponer la viabilidad de bajar el impacto de DBO y DQO, y así poder disponer en mayor medida de la vinaza como promotor de las actividades microbianas en el suelo. Es de recalcar las propiedades que pueden aplicarse de la utilización de la vinaza como agente promotor del crecimiento de compost de residuos de ingenio azucarero, comenzando por la fácil disposición de los azucares contenidos que son fácilmente descompuestos por los microrganismos del suelo durante los procesos de descomposición de materia orgánica, fuera también mantener estabilidad en las variaciones de nitrógeno en las mezclas de solidos orgánicos. Por último, por su alto poder de promover la liberación de calcio en forma de fosfatos y carbonatos, desplazando el Sodio que en cantidades fuera de control puede dañar el suelo por el exceso de sales. El tiempo de compostaje que asegura una adecuada maduración y una máxima expresión de los contenidos de nutrientes en el compost terminado son de mínimo 90 días. Materiales que no

han alcanzado este tiempo mínimo de compostaje pueden no estar aportando sus máximos contenidos nutricionales al compost. 

El desarrollo de metodologías afines al concepto de desarrollo sostenible y aplicables

en la situación actual como es el caso de bioabonos mediante el sistema de compostaje y la optimización del proceso de maduración del producto final, puede contribuir a reducir el impacto ambiental que generan algunos de los residuos de la producción del sector azucarero, aportando un material de gran calidad con múltiples capacidades de uso, como la recuperación de suelos degradados, y la producción de sustratos para cultivos agrícolas. 

La cachaza utilizada como sustrato para el suelo, reporta varios beneficios;

incrementa el potencial de crecimiento de las plantas de Caña y aumenta la capacidad de retención de humedad del suelo, además, durante su descomposición produce gran cantidad de CO2 que al reaccionar con el agua se transforma en H2CO3 y junto con otros ácidos de origen orgánico ayudan a poner en disolución nutrientes que estaban insolubles en los suelos a un pH alcalino. Es por esto que el desarrollo con Cachaza es en gran medida una propuesta viable, de fácil acceso y de un apoyo a la reutilización de subproductos a los cuales apenas se les está dando el provecho que en realidad pueden dar. 

Para cada uno de los subprocesos se proporciona una mejora que va dirigida como

objetivo vital en el aseguramiento de la calidad del compost que se pretende producir. Todas las fallas posibles que se determinaron en este escrito van de la mano con el potencial de trabajo que se le da a los compostajes en el país; al ser un proceso que todavía se maneja de 70

forma rustica y con falta de innovación, presenta un sinnúmero de posibles puntos de control a proponer. 

El desarrollo industrial y controlado, para lograr resultados como los propuestos, es

necesario –como se pudo evidenciar- con el aislamiento de las pilas, El uso de las herramientas de tecnología, y el engrane de procesos que han estado sueltos, por falta de atención. Pero por medio del montaje, diseño de un proceso con una buena infraestructura, y un sistema integrado de control, los resultados serán monitoreables y se convierte en un hecho y no es un estimado la estandarización de un proceso tan antiguo como la agricultura misma, bajo la dirección del mejoramiento continuo la producción sostenible

8. RECOMENDACIONES  Evaluar la productividad de los cultivos con la aplicación de EM es una necesidad que se genera al evaluar la como propuesta en el siguiente paso del mejoramiento del proceso de compostaje, esto puede medirse y proponerse como nuevo modelo de trabajo y producción en los ingenios y en todos los gremios agroindustriales del país, por ser una tecnología de bajo costo y de fácil aplicación; tanto como la evaluación del efecto anti patógeno de los Biocidas, como presentación de un medio limpio, que pueda generar un material consistente y de aplicación para todos los terrenos explotables que claman nuestra atención.  Llegar a poder evaluar la cantidad de ácidos húmicos y fúlvicos. Esto puede provocar un buen rango de resultado de como leer la eficiencia y calidad del producto final. Teniendo como fundamento las tablas de control de requerimientos mínimos, se puede formular las tablas de control que puedan condensar y presentar un producto con un potencial de exportación muy grande. 

La investigación en el aprovechamiento de la alicina con tenida en el ajo y la

quercetina contenida en la cebolla roja puede ayudar a potencializar el uso de azufre y sus beneficios de una forma orgánica; evitando la exportación mineral del mismo y reduciendo costos de obtención.

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